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吹填区泄水工艺一直以来都是吹填施工中的一个重要的施工组成部分。泄水方式能够直接影响到施工成本和吹填区的施工质量。目前的泄水工艺常用的主要有三种:一是溢流堰式泄水口,二是薄壁堰式泄水阀,三是埋管式泄水口。三种泄水方式的共同点是都需要對围堰进行结构改动,泄水口位置形成后难以进行改变。本工法为一种不需要对围堰结构进行改动、而且泄水位置选择较为灵活的泄水方式。
1工法特点
1)不需要改变原有围堰结构。常用的三种泄水口存在的共同点是在确定泄水后位置后,均需事先或者后期对泄水口处围堰进行特殊施工,本工法则不需要此项施工,对围堰不需要进行任何改动。尤其在泥塘四周已形成围堰不具备可改动条件的情况下,更为适用。
2)缩短围堰施工工期。采用传统泄水工艺进行吹填区泄水,在围堰施工中需要对泄水口位置进行特殊的处理和保护,增加了围堰施工周期。本工法泄水口不需要进行特别的处理和保护,使围堰施工能够整体快速进行,有利于缩短围堰施工工期。溢流堰式泄水口和埋管式泄水口在进行加高施工过程中,通常需要挖泥船舶停止施工一段时间,待吹填区内水位降低时方能进行施工,影响了船舶的时间利用率,从而影响工期。本泄水工艺在泄水口加高的施工过程中不需要挖泥船舶停工,能够提高船舶时间利用率,从而节省工期。
3)易于平整度控制。传统泄水工艺泄水口位置固定不变,会使吹填区出现死角,而使细颗粒吹填土在死角内堆积影响吹填区施工质量,本工法可以灵活变动泄水口位置,从而避免吹填死角出现,能够提高吹填区施工质量。
4)提高围堰安全性能。传统泄水工艺需要对围堰的结构进行改动,会因影响围堰的稳定性而带来安全隐患。本工法不需要对围堰进行结构改动,有利于提高围堰的稳定性从而避免安全隐患。
5)取材方便、降低泄水口施工成本。传统的三种泄水方式均需进行大量的施工、发生大量的施工成本,虹吸法泄水工法可直接使用吹填施工备用的钢管若干、弯头两个(具体角度视情况而定)、90°三通1个、胶套若干(条件具备时可使用钢管代替)、盲板三个以及接管用的螺丝等。发生的成本远低于传统工法成本。
6)利于环保施工。在泄水口入海处水深足够深的情况下,可通过将排水口直接伸至海底的方式将泥浆直接排入海底,减少海域污染。
2适用范围
1)泥塘四周围堰已形成,且不具备可改造条件。如码头、公路等不可破坏设施。
2)围堰构筑材料稳定性较差。例如围堰采用原地取土构筑,土质为粉细沙时。
3)拟定泄水口处围堰的顶部与泥塘拟存水水面的距离必须小于10.33米与虹吸管直径的差值。以下为采用虹吸法泄水工法施工的两个工程项目平面图如图1,图2所示。
3工艺原理
虹吸现象是大气压的应用,液体从液面较高的容器通过曲管越过高处而流入液面较低的容器。它发生的条件是虹吸管里先要灌满液体,同时位于较高液面的液柱的压强不超过大气压。
原理是:由于两容器内液面处大气压相等,虹吸管里先要灌满液体,并与两容器内液体相连,管内液体在两容器内液面处的压强不相等,结果两容器内液面处就产生一个压强差,它产生的压力使管内液体由高处向低处流动,大气压的作用又使高容器内的液体上升进入管内(如图3所示)。
图3虹吸原理示意图
4操作工艺流程及操作要点
1)施工工艺流程(图4)。①根据泥塘的结构以及围堰的情况结合业主的要求,选择合适的泄水位置,用于安放虹吸管。对计划安放位置进行提前处理,使现场具备安装条件。②根据泄水口处围堰的宽度及高度计算制作虹吸管所需的管线规格以及数量。③将所需管线运送至施工现场组装安放。④将虹吸管两端进行封闭,向虹吸管内灌水,直至水充满虹吸管为止。使虹吸管的吸水口位于吹填区水面以下,打开虹吸管两端,虹吸管即开始运转排水。排水过程中不需要施加额外动力。⑤将虹吸管进行加固保护,清理施工现场。⑥施工完毕后将虹吸管拆除,回收材料。
图4施工工艺流程图
2)操作要点:①在不易利用排泥管线架设虹吸管时,应选择硬性管。因虹吸管顶部需要承受负压,选择材料时应考虑此方面材料性能。②虹吸管安放时吸水口需要伸入水面以下一定距离,否则吸水口吸水时形成的漩涡会使虹吸管吸入空气影响泄水效果,若吸入过多空气会使虹吸管失效。③根据虹吸的原理,如果条件允许的话,虹吸管出水口的高程尽可能的低于泥塘内水面高程,高程差别越大,泄水流速越快,但要保持进水量与出水量平衡,不然泥塘水水位过低,一旦水抽干,又要重新灌水。④虹吸管内灌水时要求尽可能将虹吸管充满,使管内尽可能少存气体,若管内气体过多,在打开虹吸管端口泄水时容易失败。⑤虹吸管开口排水时,应首先打开吹填区水面以下的吸水口,后打开排水口。⑥大管径虹吸管排水口必须置于水面以下,小口径虹吸管在没有条件的情况下可以将排水口端部略向上翘起,以减少从排水口进入空气的可能性。
5设备
1)材料。虹吸管材料,可用排泥设备或螺纹塑料管等。虹吸管端口封闭材料,可以使用盲板,或者塑料布等。
2)设备。虹吸管灌水设备,如水泵、水桶等。其他辅助设备或机械,如挖掘机、扳手、刀具等。
6质量控制
1)虹吸管内灌水时要求尽可能将虹吸管充满,使管内尽可能少存气体,若管内气体过多,在打开虹吸管端口泄水时容易失败。
2)采用组装的虹吸管线时,在组装过程中必须保证接口处在一个大气压的压力条件下不能出现漏气现象。
3)随着泥塘水位的抬高,应调整虹吸管吸水口的高度或位置,减少吹填土流失。
7安全措施
1)对参与本工法作业的人员进行安全教育,为作业人员配备安全帽,防护手套、救生衣等劳保用具。
2)现场水泵、机械等设备由专人负责使用。
3)安放虹吸管时要小心轻放,避免损坏虹吸管或其他设施。
8环境保护措施
本工法所采用的材料设备较简单,对环境污染小,主要应注意两方面的环境保护措施:①对施工中产生的废弃物要进行回收统一处理。②泄水位置要考虑到对周围的环境影响,或按照业主的规定泄水。
9经济效益
在一般工况条件下,本工法的施工成本与传统泄水方式成本相当。但在围堰结构无法改动或者难以改动时,如吹填区围堰为原有海堤或码头,用此方法便可在码头路面架设,不破坏码头,便可保证船舶正常施工。围堰构筑材料稳定性较差时,也可以用此方法,能够避免围堰被水冲刷,围堰沙石流失造成溃坝后带来的损失。本工法有利于提高吹填区的施工质量,可以节省吹填区死角处理的成本。
10应用情况
本工法在在北方某疏港吹填工程中采用直径700mm的排泥管线架设虹吸管,原本在不可设置泄水口的码头上采用一条管线成功的设置了泄水口,解决了泥塘排水难问题,满足了“海狸1250”船施工泄水需要。施工期为2009年10月9日至2009年12月5日,顺利完成了泥塘吹填任务,完成工程量为39.58万方,效果较为明显。
1工法特点
1)不需要改变原有围堰结构。常用的三种泄水口存在的共同点是在确定泄水后位置后,均需事先或者后期对泄水口处围堰进行特殊施工,本工法则不需要此项施工,对围堰不需要进行任何改动。尤其在泥塘四周已形成围堰不具备可改动条件的情况下,更为适用。
2)缩短围堰施工工期。采用传统泄水工艺进行吹填区泄水,在围堰施工中需要对泄水口位置进行特殊的处理和保护,增加了围堰施工周期。本工法泄水口不需要进行特别的处理和保护,使围堰施工能够整体快速进行,有利于缩短围堰施工工期。溢流堰式泄水口和埋管式泄水口在进行加高施工过程中,通常需要挖泥船舶停止施工一段时间,待吹填区内水位降低时方能进行施工,影响了船舶的时间利用率,从而影响工期。本泄水工艺在泄水口加高的施工过程中不需要挖泥船舶停工,能够提高船舶时间利用率,从而节省工期。
3)易于平整度控制。传统泄水工艺泄水口位置固定不变,会使吹填区出现死角,而使细颗粒吹填土在死角内堆积影响吹填区施工质量,本工法可以灵活变动泄水口位置,从而避免吹填死角出现,能够提高吹填区施工质量。
4)提高围堰安全性能。传统泄水工艺需要对围堰的结构进行改动,会因影响围堰的稳定性而带来安全隐患。本工法不需要对围堰进行结构改动,有利于提高围堰的稳定性从而避免安全隐患。
5)取材方便、降低泄水口施工成本。传统的三种泄水方式均需进行大量的施工、发生大量的施工成本,虹吸法泄水工法可直接使用吹填施工备用的钢管若干、弯头两个(具体角度视情况而定)、90°三通1个、胶套若干(条件具备时可使用钢管代替)、盲板三个以及接管用的螺丝等。发生的成本远低于传统工法成本。
6)利于环保施工。在泄水口入海处水深足够深的情况下,可通过将排水口直接伸至海底的方式将泥浆直接排入海底,减少海域污染。
2适用范围
1)泥塘四周围堰已形成,且不具备可改造条件。如码头、公路等不可破坏设施。
2)围堰构筑材料稳定性较差。例如围堰采用原地取土构筑,土质为粉细沙时。
3)拟定泄水口处围堰的顶部与泥塘拟存水水面的距离必须小于10.33米与虹吸管直径的差值。以下为采用虹吸法泄水工法施工的两个工程项目平面图如图1,图2所示。
3工艺原理
虹吸现象是大气压的应用,液体从液面较高的容器通过曲管越过高处而流入液面较低的容器。它发生的条件是虹吸管里先要灌满液体,同时位于较高液面的液柱的压强不超过大气压。
原理是:由于两容器内液面处大气压相等,虹吸管里先要灌满液体,并与两容器内液体相连,管内液体在两容器内液面处的压强不相等,结果两容器内液面处就产生一个压强差,它产生的压力使管内液体由高处向低处流动,大气压的作用又使高容器内的液体上升进入管内(如图3所示)。
图3虹吸原理示意图
4操作工艺流程及操作要点
1)施工工艺流程(图4)。①根据泥塘的结构以及围堰的情况结合业主的要求,选择合适的泄水位置,用于安放虹吸管。对计划安放位置进行提前处理,使现场具备安装条件。②根据泄水口处围堰的宽度及高度计算制作虹吸管所需的管线规格以及数量。③将所需管线运送至施工现场组装安放。④将虹吸管两端进行封闭,向虹吸管内灌水,直至水充满虹吸管为止。使虹吸管的吸水口位于吹填区水面以下,打开虹吸管两端,虹吸管即开始运转排水。排水过程中不需要施加额外动力。⑤将虹吸管进行加固保护,清理施工现场。⑥施工完毕后将虹吸管拆除,回收材料。
图4施工工艺流程图
2)操作要点:①在不易利用排泥管线架设虹吸管时,应选择硬性管。因虹吸管顶部需要承受负压,选择材料时应考虑此方面材料性能。②虹吸管安放时吸水口需要伸入水面以下一定距离,否则吸水口吸水时形成的漩涡会使虹吸管吸入空气影响泄水效果,若吸入过多空气会使虹吸管失效。③根据虹吸的原理,如果条件允许的话,虹吸管出水口的高程尽可能的低于泥塘内水面高程,高程差别越大,泄水流速越快,但要保持进水量与出水量平衡,不然泥塘水水位过低,一旦水抽干,又要重新灌水。④虹吸管内灌水时要求尽可能将虹吸管充满,使管内尽可能少存气体,若管内气体过多,在打开虹吸管端口泄水时容易失败。⑤虹吸管开口排水时,应首先打开吹填区水面以下的吸水口,后打开排水口。⑥大管径虹吸管排水口必须置于水面以下,小口径虹吸管在没有条件的情况下可以将排水口端部略向上翘起,以减少从排水口进入空气的可能性。
5设备
1)材料。虹吸管材料,可用排泥设备或螺纹塑料管等。虹吸管端口封闭材料,可以使用盲板,或者塑料布等。
2)设备。虹吸管灌水设备,如水泵、水桶等。其他辅助设备或机械,如挖掘机、扳手、刀具等。
6质量控制
1)虹吸管内灌水时要求尽可能将虹吸管充满,使管内尽可能少存气体,若管内气体过多,在打开虹吸管端口泄水时容易失败。
2)采用组装的虹吸管线时,在组装过程中必须保证接口处在一个大气压的压力条件下不能出现漏气现象。
3)随着泥塘水位的抬高,应调整虹吸管吸水口的高度或位置,减少吹填土流失。
7安全措施
1)对参与本工法作业的人员进行安全教育,为作业人员配备安全帽,防护手套、救生衣等劳保用具。
2)现场水泵、机械等设备由专人负责使用。
3)安放虹吸管时要小心轻放,避免损坏虹吸管或其他设施。
8环境保护措施
本工法所采用的材料设备较简单,对环境污染小,主要应注意两方面的环境保护措施:①对施工中产生的废弃物要进行回收统一处理。②泄水位置要考虑到对周围的环境影响,或按照业主的规定泄水。
9经济效益
在一般工况条件下,本工法的施工成本与传统泄水方式成本相当。但在围堰结构无法改动或者难以改动时,如吹填区围堰为原有海堤或码头,用此方法便可在码头路面架设,不破坏码头,便可保证船舶正常施工。围堰构筑材料稳定性较差时,也可以用此方法,能够避免围堰被水冲刷,围堰沙石流失造成溃坝后带来的损失。本工法有利于提高吹填区的施工质量,可以节省吹填区死角处理的成本。
10应用情况
本工法在在北方某疏港吹填工程中采用直径700mm的排泥管线架设虹吸管,原本在不可设置泄水口的码头上采用一条管线成功的设置了泄水口,解决了泥塘排水难问题,满足了“海狸1250”船施工泄水需要。施工期为2009年10月9日至2009年12月5日,顺利完成了泥塘吹填任务,完成工程量为39.58万方,效果较为明显。